挤压联合发酵改变生长猪菜籽粕的化学成分及蛋氨酸可利用性

《Animals》：Extrusion Combined with Fermentation Modifies Chemical Composition and Methionine Availability in Rapeseed Meal for Growing Pigs

　　

菜籽粕（rapeseed meal, RSM）是一种有前景的动物饲料蛋白质原料；然而，其利用受到消化率低及抗营养因子存在的限制。在本研究中，研究人员首先考察了挤压和发酵对RSM结构特征和化学成分的影响。随后，使用18头生长猪（每处理6头猪，每重复1头猪）。在第一阶段，猪只采食含20% RSM或发酵挤压菜籽粕（fermented extruded rapeseed meal, FERSM）的日粮以测定养分消化率。经过7天洗脱期后，同一批猪被重新分配到含30% RSM或FERSM的日粮（每处理6头猪）以测定氨基酸消化率。结果表明，挤压联合发酵使RSM形成更疏松多孔的结构。与RSM相比，FERSM的硫代葡萄糖苷（glucosinolates, GLs）含量显著降低，而三氯乙酸可溶性蛋白（trichloroacetic acid-soluble protein, TCA-SP）含量显著升高（p_adj < 0.001）。此外，采食FERSM日粮的猪只其蛋氨酸（methionine, Met）的标准化回肠消化率（standardized ileal digestibility, SID）和标准化回肠可消化含量显著高于采食RSM日粮的猪只（p_adj < 0.05）。总之，当底物中含有麦麸时，挤压联合发酵有效改变了RSM的理化性质和化学成分，并与生长猪Met利用率的改善相关。

**研究背景**

随着全球肉类需求持续增长，开发可持续且经济的蛋白质饲料资源已成为畜禽生产的重要方向。菜籽粕（rapeseed meal, RSM）作为菜籽榨油的主要副产物，因来源广泛、成本低廉、粗蛋白含量较高且氨基酸（amino acid, AA）组成相对均衡而受到关注。然而，RSM在动物日粮中的应用受到多种抗营养因子（anti-nutritional factors, ANFs）的限制，包括硫代葡萄糖苷（glucosinolates, GLs）、单宁、植酸和膳食纤维。其中，GLs是RSM中主要的ANFs，高水平GLs会降低采食量并损害甲状腺和肝脏功能；单宁通过沉淀蛋白质和抑制消化酶而降低养分利用；植酸则通过与蛋白质、淀粉、脂质和矿物质结合而减少必需养分的利用。因此，降低这些不利成分对改善RSM在猪日粮中的应用至关重要。近年来，挤压和微生物发酵已被分别证实可改善RSM的营养品质，如降低GLs含量、提高氨基酸回肠消化率等，但两者联合应用的效应尚不明确。为此，研究人员比较了RSM与发酵挤压菜籽粕（fermented extruded rapeseed meal, FERSM）的结构特征和化学成分，并在生长猪上评估了养分和氨基酸的利用情况，旨在开发有效的联合加工策略以提升RSM的营养价值。

**研究内容与关键方法**

研究人员采用双螺杆挤压机（DSE32，含水量15%，温度145°C）对RSM进行挤压预处理；随后以植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum, L. plantarum）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae, S. cerevisiae）和黑曲霉（Aspergillus niger, A. niger）按2:1:3体积比组成混合菌剂，添加15%麦麸为辅助底物，于40°C固态发酵6天制备FERSM。采用扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）和傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）分析结构特征；参照国家标准测定常规养分；采用PdCl₂比色法测定GLs；采用凯氏定氮法测定三氯乙酸可溶性蛋白（TCA-SP）。动物试验选用18头杜×长×大（Duroc × Landrace × Yorkshire, DLY）阉公猪，以Cr₂O₃为指示剂，采用屠宰法收集回肠食糜测定氨基酸消化率，并以无氮日粮测定基础内源氨基酸损失以计算标准化回肠消化率（SID）。

**研究结果**

**3.1 菜籽粕与发酵挤压菜籽粕结构特征的比较**

SEM观察显示，RSM表面相对光滑、致密且排列有序，而FERSM呈现出明显更疏松、多孔且不规则的形态，表明挤压和发酵引起了实质性的结构破坏。FTIR分析发现，FERSM在3630和3280 cm^-1处的特征峰分别移至3625和3281 cm^-1，提示氢键相互作用和分子环境发生改变；酰胺I区在1676和1625 cm^-1处出现两个明显峰，表明蛋白质二级结构发生变化；多糖相关吸收峰从RSM的1056 cm^-1移至1049 cm^-1且吸光度增强，表明极性官能团增加。酰胺I区（1600–1700 cm^-1）的峰拟合进一步证实，挤压联合发酵促进了天然蛋白质的部分展开并改变了多肽链间的分子间相互作用。

**3.2 菜籽粕与发酵挤压菜籽粕化学成分的比较**

与RSM相比，FERSM的GLs含量显著降低（p_adj < 0.001），TCA-SP含量显著升高（p_adj < 0.001）；淀粉（starch, St）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber, ADF）含量亦显著降低（p_adj ≤ 0.001）。在氨基酸方面，FERSM中精氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸浓度显著降低（p_adj ≤ 0.001），天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸和丙氨酸浓度也显著降低（p_adj < 0.01）。

**3.3 生长猪对菜籽粕与发酵挤压菜籽粕养分和氨基酸消化率的比较**

与RSM相比，FERSM在干物质、总能、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷的表观消化率方面均无显著差异（p_adj > 0.05）。然而，饲喂FERSM日粮的猪只，其蛋氨酸（methionine, Met）的SID显著高于饲喂RSM日粮的猪只（p_adj < 0.05），其他氨基酸的表观回肠消化率（apparent ileal digestibility, AID）和SID均未受显著影响。

**3.4 菜籽粕与发酵挤压菜籽粕表观和标准化回肠可消化氨基酸含量的比较**

FERSM中标准化回肠可消化Met含量显著高于RSM（p_adj < 0.01），而其他氨基酸的表观和标准化回肠可消化含量在两组间均无显著差异。

**讨论与结论**

讨论部分指出，挤压联合发酵通过破坏RSM的细胞壁基质、降解ANFs并将大分子蛋白质分解为小肽或游离氨基酸，增加了酶解的表面积并提高了回肠末端的吸收效率，这可能是Met SID改善的原因。Met是猪日粮中第二或第三限制性氨基酸，其缺乏会损害生长性能；Met作为S-腺苷蛋氨酸（S-adenosylmethionine, SAM）和同型半胱氨酸（homocysteine, Hcy）等功能代谢物的前体，适当补充可改善繁殖性能、肠道形态、肝脏脂质代谢、肌肉生长和肉质。以往研究亦表明，不同螺杆转速的挤压处理及黑曲霉发酵均可显著提高生长猪Met的AID和SID，与本研究结果一致。但需注意，发酵底物中添加了麦麸，因此观察到的效应不能完全归因于加工处理本身。

综上，挤压联合发酵（底物含麦麸）有效改变了RSM的物理结构和化学成分，提高了Met的SID及标准化回肠可消化含量；但该加工处理也导致部分养分和氨基酸含量降低，而养分表观消化率未受显著影响，在优化FERSM应用于猪日粮时应予以综合考虑。论文发表于《Animals》。